阳极微生物的固定方式对微生物燃料电池性能的影响

研究了一种将微生物包埋在导电水凝胶中制备成微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)阳极的新方法,该方法可以增加阳极上微生物的数量,并使多数微生物处于分散状态以利于代谢的扩散。该方法构建的阳极用在MFC中,显示了良好的效果。其最高功率密度和工作电压分别为0.243 W/m~2和0.350 V,比使用传统阳极的MFC分别高出89.843%和16.667%;其内阻则为263.780Ω,比使用传统阳极的MFC低78.973%。     

低温对海泥发电性能的影响

环境温度对海泥发电(海底微生物燃料电池)具有重要影响。本文进行了4℃环境与常规室温环境(25℃)电池性能对比试验,结果表明:4℃环境下电池阳极启动时间明显慢于室温(25℃),阴极启动几乎无影响。4℃条件电池内阻(1005Ω)高于室温条件(703Ω),室温电池最大输出功率密度比4℃环境升高10mW/m2,电流密度增加46.6 mA/m2。低温环境(4℃)可导致微生物活性降低,物质扩散速度变慢,进而导致其电池性能低于室温环境。此实验对实海环境下海底微生物燃料电池设计提供了指导,具有实际意义。     

浓度对微生物燃料电池电化学性能的影响

以大肠杆菌为微生物催化剂,亚甲基兰为电子中介体,葡萄糖为有机燃料,构建双室微生物燃料电池(MFC),考察其在不同葡萄糖浓度条件下的产电性能。设定葡萄糖浓度分别为0.001、0.006、0.011、0.034和0.056mol/L。葡萄糖浓度为0.011mol/L时,循环伏安氧化峰和还原峰最强,电池输出功率密度最大,峰值功率密度为339.69mW/m2,表明电池产电性能最佳;葡萄糖浓度为0.056mol/L时,峰值功率密度为258.32mW/m2;葡萄糖浓度为0.0011mol/L时,峰值功率密度为189.51mW/m2。结果说明,在一定范围内,提高有机燃料葡萄糖浓度有利于提高电池输出功率密度,但是浓度过高,电池输出功率密度反而下降,底物浓度对功率密度的影响出现"饱和效应"。     

微生物燃料电池阳极材料研究进展

微生物燃料电池(MFC)是一种以微生物为催化剂将化学能转化为电能的新型洁净能源装置。与其他技术相比,微生物燃料电池(MFC)在处理污水的同时能够产电。现有的MFC装置以及电极材料、隔膜等均未达到预期的效果,通过了解MFC的结构及机理,主要针对目前MFC低产电、高成本的现状,从电池电极材料、催化剂和隔膜等几方面综述了近几年的发展。阳极作为产电微生物的载体,是影响电池性能的关键。碳基材料由于其成本低、导电性好、有利于产电微生物的附着,被作为理想的阳极材料。着重介绍了阳极碳基材料的修饰及新型材料的合成。     

氨气处理碳毡阳极对海底沉积物微生物燃料电池性能的影响

选取500℃、650℃、800℃对石墨碳毡阳极进行氨气处理,分别构建海底沉积物微生物燃料电池(MSMFCs)。结果表明:改性后其微生物活性和电化学活性均明显提高。500℃改性阳极表面微生物数量(10.420×10^11 cfu/m^2)是Blank组的2.9倍,说明500℃氨气改性增加了微生物的附着量。500℃改性阳极循环伏安电容性能(62.1 F/m^2)是Blank组的2.0倍,表明其氧化还原电化学活性显著提高;电荷转移电阻(14.46Ω)为Blank组(62.39Ω)的1/4,交换电流密度是Blank组的1.1倍,说明500℃氨气处理提高了阳极的电子转移动力学活性和抗极化能力。500℃改性阳极的输出功率(60.67 mW/m^2)为Blank组(29.17 mW/m^2)的2.1倍,其长期输出电压达到692 mV且产电更加稳定,电池性能显著提升。     

海底微生物燃料电池阳极锰盐改性及产电性能研究

阳极是限制海底微生物燃料电池输出功率的关键因素,通过改性阳极,可望提高微生物燃料电池性能.本文利用MnSO4氧化还原介体修饰石墨阳极,研究了MnSO4含量对阳极和电池产电性能的影响.结果表明,锰离子可有效加速电子转移,当阳极MnSO4的含量为4%时,阳极性能最好,电池内阻最小,最大输出功率密度为51.64mW/m2,是...     

基于生物质制备活化三维多孔碳及其在微生物燃料电池中的应用

微生物燃料电池是一种能把污水中有机物蕴含的化学能直接转换成电能的装置。目前,相对低的输出功率密度限制了它的应用。开发高性能的阳极材料是解决途径之一。基于生物质秸秆利用Hummers氧化法结合抗坏血酸还原法制备了活化三维多孔碳阳极,用扫描电子显微镜观察了所制备的材料的形貌、发现活化过程可以产生许多大小不一的孔结构,可有效帮助传质扩散。交流阻抗谱、循环伏安测试表明,活化可以大大提高三维多孔碳的电化学性能,基于活化三维多孔碳3DPC阳极所制备的微生物燃料电池(MFCs),最大功率密度可达到1184.5W/m~3,远远高于改性前(774.8W/m~3)。此研究为构筑新型三维碳基阳极提供了新思路和新方法。     

废水微生物燃料池阳极碳毡的产电特性的研究

以生活污水中厌氧菌作为生物催化剂,葡萄糖为主要营养物质,构建双室型微生物燃料电池(MFC),间歇运行5个周期,考察其在不同葡萄糖浓度条件下的产电性能。结果表明:一定范围内,葡萄糖浓度的增加能够提高电池功率密度、降低传荷阻抗、并且增强体系电化学活性,但浓度过高会影响细菌的产电能力。电化学阻抗谱(EIS)的测定结果表明:传荷阻抗在阳极总内阻中占绝对份额,电化学反应为传荷过程控制下的电极体系。     

二氧化锡掺杂碳纳米管电极制备及应用

采用化学气相沉积法,在碳毡基体上合成碳纳米管,将二氧化锡(SnO_2)溶胶负载在碳纳米管表面,然后煅烧处理,制备碳毡基载SnO_2掺杂碳纳米管复合电极,用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)和能量色散X-射线(EDX)对样品表征。以复合电极为阳极,葡萄糖溶液为阳极室供给基质,柔性石墨为阴极,构建微生物燃料电池,考察复合电极对微生物燃料电池产电性能及化学需氧量(COD)除去率影响。实验表明,温度为38℃,外电阻为2500Ω,基质浓度为1500mg/L时,微生物燃料电池最大输出电压为563mV,对COD降解率为78%。     

甲硫氨酸沉积物和电化学沉积聚噻吩改性阳极对海底微生物燃料电池电化学性能的影响

使用电沉积的方法制备导电聚噻吩修饰的碳毡及在沉积物中添加甲硫氨酸组成一种新型双改性阳极,以此构建海底沉积物微生物燃料电池,并对阳极的电化学性能和电池性能进行测试。结果表明,双改性阳极表面微生物的数量为空白组的11.30倍,生物膜电容是空白组的1.4倍,说明双改性阳极提高了微生物的数量;双改性阳极循环伏安电容量(302.6 F/cm~2)是空白组(38.20 F/cm~2)的8.0倍,峰电流密度为5.980 A/m~2,交换电流密度(48.29×10~(-3)m A/cm~2)是空白组(0.073 7×10-3m A/cm~2)的651.3倍,说明双改性组的氧化还原电化学活性、抗极化能力和电子转移动力学活性显著提高;双改性电池的输出功率(190.6 m W/m~2)是空白组(71.8 m W/m~2)的2.7倍,说明双改性方法提高了电池阳极的电化学性能和电池性能。     

连续流正渗透微生物燃料电池的运行性能研究

针对微生物燃料电池(MFC)在处理污水时存在的出水水质差和产电低的问题,将正渗透(FO)膜代替MFC中的质子交换膜,开发了连续流的正渗透微生物燃料电池(OsMFCs).实验以OsMFCs为依托,考察长期处理城市污水时工艺的产电性能、污染物去除、FO膜运行及膜污染.结果表明,在39d的连续运行下,OsMFCs的电压稳定在500mV左右,功率密度为0.12 W/m~3,库伦效率为15.41%,具有较好的有机物和总磷去除效果,分别达到97.79%和98.52%.由于无机污染和生物污染,FO膜的通量从4.25L/(m~2·h)衰减到2L/(m~2·h)左右.与传统的MFC相比,OsMFCs在处理污水时有更好的产电性能和出水水质.     

流延法制备SOFC NiO/YSZ阳极的研究

流延法制备了SOFC NiO/YSZ阳极,比较了NiO(微米级)和NiO(纳米级)两种NiO,发现由NiO(纳米级)制备的电池在800℃最大放电功率密度257.1mW/cm2,而由NiO(微米级)制备的电池相同条件下仅为124.9mW/cm2,原因在于NiO(纳米级)粒径小,制备的阳极三相反应区大.NiO(纳米级)经700℃煅烧后制备的电池最大功率密度增加到369.0mW/cm2,而 800℃和900℃煅烧时减少到169.5和159.0mW/cm2,因为700℃煅烧增加了NiO的活性,而800和900℃煅烧的NiO粒径增大到1.35μm,制备的阳极减小了反应活性区.YSZ在1200℃煅烧后,粒径从0.2μm增加到34μm,由于YSZ粒径远大于NiO,导致NiO之间接触不良,制备的电池性能下降到120.0mW/cm2,继续球磨12h后,YSZ粒径减小到0.70μm,NiO和YSZ之间分布均匀,制备的电池放电功率密度提高到447.9mW/cm2.     

碳酸氢铵电化学氧化阳极对含油海底沉积物微生物燃料电池性能影响及其加速降解研究

制备了3种阳极(未改性阳极、氨水改性阳极、NH_4HCO_3电化学氧化改性阳极)组建海底沉积物微生物燃料电池(MSMFCs),探究阳极的不同氨改性方法对含油MSMFCs电化学性能和石油降解率的影响。结果表明,电化学氧化改性阳极的电容特性是未改性阳极组的1.78倍,并且其抗极化能力最强,交换电流密度为2.57×10~(-2)A·m~(-2),是未改性的5.00倍;由电化学氧化改性阳极组建的电池的最大输出功率密度是1.53×102m W·m~(-2),较空白组的增加3.56倍,且该电池阳极沉积物中石油的降解率是空白组的10.40倍,这是因为改性阳极表面连入了有利于微生物附着的酰胺基团和氨基基团,提高了电池电化学性能并加速了石油的降解。     

微生物燃料电池阳极材料及结构研究现状

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)阳极是细菌附着、电子传递、底物和产物传输的场所,是影响电池性能的关键因素之一。综述了应用于MFC中阳极材料,如不同结构碳材料的优劣、金属及金属氧化物的性能,也对阳极材料的表面改性方法进行了汇总。     

外源营养物对海底沉积物微生物燃料电池电化学性能的影响

以天然海泥(BMFC-0)、添加尿素的海泥(BMFC-1)和添加乳酸的海泥(BMFC-2)构建海底沉积物微生物燃料电池(BMFCs),研究外源添加营养物质对BMFCs电池性能及电极电化学性能的影响。结果表明,尿素和乳酸这两种营养物质明显影响海泥中微生物的数量和电化学性能;计数结果表明,BMFC-2中的细菌数量最多,约为1.08×10~(11)cfu/m~2,分别是BMFC-1和BMFC-0的2.97倍和13.5倍。Tafel测试结果表明,BMFC-2阳极生物膜电化学活性高于BMFC-1和BMFC-0;BMFC-1和BMFC-2的阳极电子交换动力学活性分别是BMFC-0的1.30倍和1.63倍。通路状态下,BMFC-2的输出电压最大(约520 mV),BMFC-0的输出电压最低(约175 mV);BMFC-2的最大输出功率密度为96.57 mW·m~(-2),分别是BMFC-0(10.94 mW·m~(-2))和BMFC-1(51.57 mW·m~(-2))的8.83倍和1.87倍。根据外源营养物质对阳极表面生物膜电容特性影响的分析,提出了外源营养物提高电池性能的模型,阴极表面细菌数量增多,代谢产生的电子数量增加,生物膜增厚,生物模电容和双电层电容增大。     

PVDF/TiO_2-g-PSSA复合质子交换膜的制备及抗污染性研究

为了降低质子交换膜的膜污染,将亲水性纳米二氧化钛(TiO_2)颗粒掺杂到臭氧引发接枝得到的PVDF(聚偏氟乙烯)-g-PSSS(聚对苯乙烯磺酸钠)均聚物中,使用溶剂挥发法制得复合改性质子交换膜[PVDF/TiO_2-g-PSSA(聚对苯乙烯磺酸钠)].考察了不同TiO_2添加量复合改性膜的主要性能参数,获得最优掺杂比.通过耗散型石英晶体微天平(QCM-D)研究TiO_2复合改性质子交换膜及Nafion 117的膜污染行为及膜抗污染性能.将优化后的改性膜应用于微生物燃料电池(MFC)中考察膜对系统长期运行效能的影响.结果表明:质量分数1%TiO_2复合改性膜的质子交换性能良好,亲水性大大改善,对牛血清蛋白(BSA)的抗污染性强;对应的MFC运行6个月后,内阻增加12.4%,功率密度减小19.2%.Nafion膜表面更易形成较厚且致密的BSA吸附层,相应的MFC运行6个月后,内阻增加了21.5%,功率密度则降低了33.3%,证明自制改性膜更有利于微生物燃料电池长期运行的稳定性.     

质子导体固体氧化物燃料电池的PrBa0.5Sr0.5Cu2O6-δ复合阴极材料

采用柠檬酸盐燃烧法制备了无钴双钙钛矿氧化物PrBa_(0.5)Sr_(0.5)Cu_2O_(6-δ)(PBSC)粉体,探究其作为质子导体固体氧化物燃料电池(H-SOFCs)阴极材料的可行性。研究了它与质子导体电解质BaZr_(0.1)Ce_(0.7)Y_(0.2)O_(3-δ)(BZCY)之间的化学相容性,分析了单相阴极PBSC、复合阴极PBSC-BZCY与电解质之间的热匹配性,并测试了单电池的电化学性能。结果发现,以PBSC为阴极、NiO-BZCY为阳极、BZCY为电解质的单电池在750℃时的最大功率密度为230 mW·cm~(-2),表明PBSC可作为H-SOFCs的阴极材料。而以PBSC-BZCY为阴极的单电池在750℃时的最大功率密度高达669 mW·cm~(-2)。复合阴极电池性能的大幅提高主要与阴极反应从单相阴极/电解质界面扩展到复合阴极电池的整个阴极区域,大幅降低电池电阻有关。PBSC-BZCY复合阴极在H-SOFCs中的应用具有较好的前景。     

海底微生物燃料电池聚吡咯/多壁碳纳米管复合改性阳极及电化学性能

以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为掺杂剂,氯化高铁为氧化剂,采用化学氧化法制备了聚吡咯/多壁碳纳米管(PPy/MWCNTs)复合材料,并以该复合材料制备海底微生物燃料电池的阳极,并测试了改性阳极及电池的电化学性能。研究表明,聚吡咯紧密包裹在MWCNTs表面,改性阳极最大交换电流密度0.66 m A/cm2,是未改性的3.6倍。改性电池的最大功率密度为408.8 m W/m2,是未改性电池的5倍多。改性电极的电容是赝电容和双电层电容协同作用的结果,显著提高了电子传递效率和抗极化性能。提出了一种阳极/生物膜界面电子传递的新机理。     

氮掺杂石墨烯原位生长碳纳米管复合过渡金属催化剂的制备及电催化性能EI北大核心CSCD

采用直接热解法,以石墨烯为载体,2-甲基咪唑锌盐MAF-4(ZIF8)为模板,尿素提供碳和氮源,Fe为过渡金属源,合成氮掺杂石墨烯(N/GO)和Fe-ZIF8(N-GO@Fe/ZIF8)的复合催化剂,并组装成锌空气电池。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)及电化学工作站等分析手段对催化剂的形貌、结构及电化学性能进行表征。结果表明:合成的N-GO@Fe/ZIF8-900催化剂具有优异的氧还原/氧析出(ORR/OER)性能。氧还原半波电位达到0.885 V,优于Pt/C(0.856 V),氧析出时,在10 mA/cm^(2)的电流密度下对应电位为1.811 V,优于贵金属Pt/C(1.968 V),与IrO_(2)(1.75 V)性能相当。组装成锌空气电池后,比能量和功率密度分别达到886.2 mW·h·g^(-1)和73.44 mW/cm^(2),高于贵金属Pt/C的比能量(791.04 mW·h·g^(-1))和功率密度(57.12 mW/cm^(2))。     

MFC增强碳纳米纸的制备及其电磁屏蔽效能

为提高碳纳米纸(BP)力学性能,将微纤化纤维素(MFC)与多壁碳纳米管(MWCNT)混合,采用真空抽滤的方法制备MFC/BP。详细研究了MFC/BP的微观形貌、力学性能、电学性能、电磁屏蔽效能。研究表明,MFC均匀分散在碳纳米管中,形成了纤维骨架,碳纳米管相互穿插缠绕分布在纤维骨架周围形成网状结构。随着MFC含量的增加,MFC/BP的力学性能明显提高。当MFC与MWCNT质量比为1/1时,碳纳米纸的拉伸强度为11.76 MPa,比纯碳纳米纸提升了979%;在8.2～12.4 GHz频段内,碳纳米纸(厚度约55μm)的电磁屏蔽效能为24～30 dB。